【原】圆锥轴承套圈淬火变形缺陷分析

圆锥轴承套圈淬火变形缺陷分析

杭州骏马轴承有限公司  孙钦贺

摘要：对圆锥轴承套圈在淬火过程中产生的变形缺陷进行了归纳整理分析，并针对性地提出了纠正预防措施。

关键词：圆锥轴承套圈；淬火尺寸涨缩；缺陷分析

圆锥轴承套圈一般分为内外圈，其形状如图一、二所示。其主要特点是外圈内滚道和内圈外滚道有一定的锥度。因此直径方向的厚度不一致。

     

                                                      图1、圆锥轴承套圈外圈  

  图2、圆锥轴承套圈内圈

  圆锥轴承套圈在淬火加热和冷却过程中，不可避免的产生淬火应力。包括热应力和组织应力，这种应力的变化造成了圆锥轴承套圈变形。轴承套圈热处理变形是热处理过程中各种应力综合作用的结果。影响因素较多，形成机理极其复杂。圆锥轴承套圈的变形从广义上来说，包括圆锥轴承套圈热处理后几何形状的改变和体积增减两种含义。习惯上往往将几何形状的改变称作变形，把单纯的体积增减称作涨缩。对于尺寸的涨缩，如果胀缩量过大，会造成某个部位磨削留量过小，导致磨加工后留有黑皮或车刀纹。如果变形过大，如平面发生翘曲变形，平面磨削完成后，平面部分留有黑皮或车刀纹，这样会导致产品报废。同时，还可能因为涨缩量过大，使某个部位磨削留量增加。增加了磨削工作量和金属的消耗。

圆锥套圈淬火变形（包括尺寸变化和形状变化）受很多因素影响，是一个相当复杂的问题。除了本身结构有关外，还有如下因素：原材料成份、组织不均匀、退火组织不均匀、淬火前的车加工状态（车削时进刀量的大小、机加工的残余应力等）、工件的摆放方式、入油方式、淬火介质的冷却特性与循环方式、介质的温度、冷却过程中冷却不均匀以及在冷却过程中发生碰撞等均影响零件的变形。

本文主要是针对在生产过程中，发生的圆锥轴承套圈淬火变形导致尺寸涨缩形成的缺陷进行归纳分类整理，并加以分析同时指出了相应的措施。

1  圆锥轴承套圈外圈磨削完成后外径薄壁端和滚道厚壁端留有黑皮

  在生产过程中，一批次HM518410轴承套圈淬火件外径磨削完成后，发现部分轴承套圈外径薄壁端一周圈留有黑皮如图3所示。是由于圆锥轴承套圈外圈淬火后薄壁端外径尺寸磨削留量小。外径磨削完成后，外径薄壁端留有黑皮；外径磨削完成后留有黑皮的轴承套圈淬火件必须作报废处理。

图3 磨削完成后的圆锥轴承外圈外径薄壁端留有黑皮

  在生产过程中，一批次HM218210轴承外圈内滚道磨削完成后，发现部分轴承套圈内滚道端厚壁端留有黑皮如图4所示.是由于圆锥轴承套圈外圈淬火后滚道尺寸涨大，淬火件尺寸超过成品尺寸。滚道磨削完成后，滚道厚壁端留有黑皮，有此缺陷的套圈挑出做报废处理。

图4  磨削完成后的圆锥轴承外圈内滚道厚壁端端留有黑皮

产生的原因：

（1）、淬火油冷速较快。使圆锥轴承套圈在冷却过程中薄壁端外径尺寸明显的缩小，厚壁端内滚道尺寸明显的涨大。导致薄壁端外径或内滚道厚壁端磨削留量不足。

（2）、一般情况下淬火油冷却速度正常时，圆锥轴承套圈的淬火件尺寸较为正常。如果淬火油中混入有一定量的水分，会导致淬火油冷速异常，淬火油的冷却性能改变。也可能会因淬火油冷却速度大大增加，导致淬火后的圆锥轴承套圈产生尺寸异常。使淬火后圆锥轴承套圈薄壁端外径或内滚道厚壁端磨削留量减小，甚至会超过成品尺寸，磨削完成后外径薄壁端或内滚道厚壁端出现黑皮或明显的车刀纹。

采取的措施：

（1）、选用冷却性能适当的淬火油，在此基础上通过做试验，来确定轴承套圈外径和内滚道车削留量尺寸。

（2）、在日常生产过程中，务必做好防护措施，及时清除淬火槽外部的积水。避免淬火油中混入水分。

（3）、定期测量（每月一次）测量淬火油冷却性能，如发现冷却异常，及时添加淬火油催冷剂，调整淬火油的冷却性能确保正常。

（4）、如发现淬火油中含有一定量的水分，马上停止生产。打开淬火油槽的盖板，将油温升至100-120℃，直至除去淬火油的水分，使淬火油含水量在0.01%以下。

（5）、通过做试验，适当调整车加工工艺，车件外径尺寸做成一定锥度。也就是说薄壁端外径尺寸适当的比厚壁端尺寸大一点。即使在热处理后薄壁端尺寸缩小，也不会导致外径尺寸小到成品尺寸。磨削加工后不会留有黑皮。

2、圆锥轴承套圈内圈磨削完成后外滚道薄壁端留有车道刀纹和内径薄壁端有黑皮

   有一批HM518445圆锥轴承内圈磨削完滚道后，发现部分产品滚道薄壁端靠近小挡边部位还留有明显的车刀纹。如图5 所示。因为这部分产品滚道部位留有明显的车刀纹，所以必须作报废处理。

  

                图5 磨削完成后的圆锥轴承内圈滚道薄壁端部位留有车刀纹

  有一批HM218210圆锥轴承外圈磨削完成后，发现滚道靠近薄壁端部位有不同程度的黑皮。如图6所示。由于这部分轴承套圈磨削件在磨削完成后，还有非常明显的黑皮。所以这部分产品必须作报废处理。

图6 磨削完成后的圆锥轴承外圈滚道薄壁端部位留有黑皮

 产生的原因：

（1）、轴承零件经淬火后，产生了较大的椭圆变形。椭圆长轴部位留量大，短轴部位留量小，甚至尺寸小于成品尺寸。

（2）、淬火冷却油选用不当，冷却速度过快，导致轴承零部件外滚道小端部位尺寸减小。磨削完成后薄壁端出现黑皮或明显的车刀纹。

采取的措施：

（1）、选用冷却速度适当的淬火油。

（3）、调整热处理工艺参数，减少热处理后的椭圆变形。

（4）、对热处理后的工件进行全检，挑出椭圆较大的产品进行整形。椭圆合格后再转入下工序磨削。

3 圆锥轴承套圈外圈端面磨削完成后部分留有黑皮

一批32928轴承套圈外圈淬火件，双端面磨削完成后，发现部分套圈端面留有黑皮。如图7所示。由于端面留有黑皮，有此缺陷的套圈挑出做报废处理。

                     图7 磨削完成后的圆锥轴承内圈端面部位留有黑皮          

产生原因：

（1）、由于本身结构特点，作为特轻窄系列的轴承套圈，在热处理过程中很容易产生翘曲变形。一般说来对于h/D(套圈宽度和外径之比)小于或等于0.185 的轴承套圈，淬火后容易出现翘曲变形。而对于32928轴承外圈来说，套圈的宽度与外径h/D之比仅为0.135，并且属于特轻系列产品，所以在淬火过程中容易，产生翘曲变形。

（2）、轴承套圈在淬火加热过程中，放置在网带上的轴承套圈，因叠放2层，网带运转过程中，有个别套圈发生倾斜导致翘曲产生。

（3）、端面车削留量不足，磨削后由于端面翘曲变形部分留有黑皮。

采取的措施：

（1）、在做试验的基础上，适当增加端面车削留量。消除因翘曲变形带来的尺寸变化。确保磨削后不留有黑皮。

（2）、调整淬火加热参数，在网带上叠放一层轴承套圈。避免网带运转过程中，有个别套圈发生倾斜导致翘曲产生。

（3）、为了减少翘曲变形，可采用在热油中冷却到120~160℃从淬火油中取出，迅速将翘曲的套圈在夹具上压紧，待冷到40℃左右时取下进行回火。

    以上对圆锥轴承套圈热处理过程中产生的热处理变形缺陷原因进行了分析，并针对性地提出预防纠正措施。在生产实践中情况又是十分复杂的。还要必须对不同的情况做具体的分析，只有这样才能保证轴承套圈热处理的质量。

孙钦贺  高级质量工程师